Seluruh benda yang ada di permukaan bumi atau sekitarnya akan ditarik menuju pusat bumi karena memiliki massa yang jauh lebih kecil dari pada massa bumi. Hal serupa ternyata juga terjadi pada muatan-muatan listrik. Muatan-muatan listrik memiliki medan listrik sehingga dapat mempengaruhi muatan lain yang berada tidak jauh darinya. Medan listrik dapat didefinisikan sebagai daerah di sekitar muatan yang masih kuat menimbulkan gaya listrik terhadap muatan lain. Medan listrik digambarkan dengan garis-garis gaya listrik.
Dalam ruang disekitar benda bermuatan listrik, kita jumpai beberpa gejala. Gejala ini disebabkan bekerjanya sutu gaya pada benda bermuatan apa saja yang diletakkan dalam ruang di sekitar benda bermuatan tersebut. Medan listrik digambarkan oleh serangkaian garis gaya listrik yang arahnya keluar atau masuk ke dalam muatan. Arah garis gaya listrik ke dalam digunakan untuk menunjukkan muatan negatif dan arah garis medan listrik ke luar digunakan untuk menunjukkan muatan positif. Garis-garis gaya berasal dari muatan positif dan berakhir pada muatan negatif.
Selain melalui gambar, medan listrik suatu muatan dapat ditentukan besarnya dengan cara menghitung. Bagaimana cara menghitung besar kuat medan listrik? Agar dapat memahami cara menghitung besarnya medan listrik (E) perhatikan Gambar di atas dan penjelasan berikut.
Agar mengetahui besar kuat medan listrik muatan Q, sebuah muatan uji positif (q0) yang muatannya jauh lebih kecil diletakkan di dekat muatan tersebut dengan jarak r. Berdasarkan hukum Coulomb, muatan q0 tersebut akan mendapatkan gaya tolak dari muatan Q sebesar,
Agar mengetahui besar kuat medan listrik muatan Q, sebuah muatan uji positif (q0) yang muatannya jauh lebih kecil diletakkan di dekat muatan tersebut dengan jarak r. Berdasarkan hukum Coulomb, muatan q0 tersebut akan mendapatkan gaya tolak dari muatan Q sebesar,
| F = k . | Q . q 0 |
| r² |
Karena kuat medan listrik (E) didefinisikan sebagai besarnya gaya listrik (F) yang bekerja pada satu satuan muatan uji (q0), maka besarnya kuat medan listrik yang dialami oleh muatan uji tersebut:
| E = | F |
| q0 |
| E = |
| |||
| q0 |
| E = k . | Q |
| r² |
Sehingga dapat disimpulkan bahwa besar kuat medan listrik pada suatu titik yang berjarak r dari muatan Q adalah:
| Keterangan: E = medan listrik (N/C) F = gaya coulomb (newton) q = besar muatan listrik (coulomb) |
Contoh Soal 1
Gaya Coulomb yang dialami kedua muatan A dan B adalah sebesar 4 x 10-4 N. Jika besar muatan A sebesar 4 x 10-6 C dan muatan uji B sebesar 4 x 10-12 C, berapakah besar kuat medan listrik yang dirasakan muatan uji B oleh muatan A tersebut?
Besar gaya Coulomb = 4 x 10-4 N
Besar muatan A = 4 x 10-6 C
Besar muatan B = 4 x 10-12 C
Ditanyakan: besar kuat medan listrik yang dirasakan muatan uji B oleh muatan A (EA)
Jawab:
| E = | F | = | 4 x 10-4 N | = 108 N/C |
| QB | 4 x 10-12C |
Jadi, besar kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan A adalah 108 N/C.
Contoh Soal 2
Medan listrik yang dirasakan oleh muatan uji A terhadap muatan B sebesar 80 N/C. Jika jarak kedua muatan tersebut adalah 3 cm, berapakah besar muatan B?
Medan listrik = 80 N/C
Jarak kedua muatan = 3 cm = 0,03 m
Ditanyakan: besar muatan B
Jawab:
| E = k . | Q |
| r² |
| 80 = 9 x 109 . | Q |
| (3 x 10-2)² |
| Q = 80 . | 9 x 104 |
| 9 x 109 |
Jadi besar muatan B adalah Q = 8 x 10-12 C
Contoh Soal 3
Gaya Coulomb yang dialami kedua muatan A dan B adalah sebesar 3 x 10-4 N. Jika besar muatan A dan B masing-masing sebesar 2 x 10-6 C dan 1,5 x 10-6 C, berapakah besar kuat medan listrik yang dirasakan muatan A oleh muatan B?
Diketahui:
Besar gaya Coulomb = 3 x 10-4 N
Besar muatan A = 2 x 10-6 C
Besar muatan B = 1,5 x 10-6 C
Ditanyakan: besar kuat medan listrik yang dirasakan muatan uji A oleh muatan B (EB)
Jawab:
| E = | F | = | 3 x 10-4 N | = 1,5 x 10² = 150 N/C |
| QA | 2 x 10-6C |
Jadi, besar kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan A adalah 150 N/C.